CN115514423B - 一种提高微波光子信道化动态范围的方法 - Google Patents

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Abstract

为解决基于双光频梳的微波光子信道化接收机动态范围不足的问题，本发明提出了一种新型微波光子信道化方法，基于多级载波抑制双边带调制，能够精确产生偶数个光频梳梳齿，提高信道分割中的能量利用率，进而提高信道化接收机的无杂散动态范围。

Description

一种提高微波光子信道化动态范围的方法
技术领域
本发明属于微波光子学领域，尤其涉及一种提高微波光子信道化动态范围的方法。
背景技术
受限于重量、体积、功耗等因素，传统的基于模拟组件的射频接收机已经被数字接收机所取代，后者具有更低的造价、更好的可靠性和更高的精确度。然而，目前的电子战环境要求接收机向高频、大带宽发展，这对于ADC采样率受限(几个GHz)的数字接收机以及后端的数字信号处理DSP系统带来了极大的技术挑战，因此有必要将接收到的宽带信号频谱进行信道化分割，使得每个信道的频率、带宽能够匹配现有的数字采样技术。
微波光子学由于自身先天的高频、大带宽属性，被认为适合处理超宽带射频信号。多种基于微波光子技术的信道化接收机方案已经被提出，其中基于双光频梳的光辅助信道化方案因其无需光源与光滤波器的精确对准、无需超窄带光滤波器组而成为最具实用性和工程化前景的技术路线。然而锁模激光器、深度相位调制等传统光频梳产生技术无法精确控制产生的光频梳的数量，为了保证梳齿的平坦性，通常产生大量梳齿而只选用中间的少量梳齿，从而导致每一根梳齿的光功率较小，表现为在使用光滤波器/波分解复用器进行信道分割时巨大的光插损，最终限制了信道化接收机的噪声系数和动态范围。
发明内容
为解决基于双光频梳的微波光子信道化接收机动态范围不足的问题，本发明提出了一种新型微波光子信道化方法，基于多级载波抑制双边带调制，能够精确产生偶数个光频梳梳齿，提高信道分割中的能量利用率，进而提高信道化接收机的无杂散动态范围。
本发明提出的一种提高微波光子信道化动态范围的方法，包括如下步骤：
(1)信号光与本振光产生。
(2)信号光频梳与本振光频梳产生。
(3)光信道提取。
(4)镜频抑制混频及采样。
进一步地，所述步骤(1)信号光与本振光产生包括：
1)两路相干光产生
高功率窄线宽激光器产生种子光，经过保偏耦合器功率均分成两路相干光。
2)信号及本振加载
两路相干光分别经过马赫-曾德尔调制器，待测信号和本振信号通过载波抑制双边带调制，分别加载到两路相干光上，形成两个携带待测信号和本振信号的光边带。
3)信号及本振光边带提取
两路相干光分别经过窄带光滤波器，滤掉低频光边带和基带光，通过高频光边带，最终得到信号光与本振光。
进一步地，所述步骤(2)信号光频梳与本振光频梳产生包括：
1)光频梳激励信号产生
两路频率相差较小的射频信号，通过功率放大器放大后，经过功分器分出一部分信号，通过倍频器和功率放大器获得两路倍频信号，最终一共获得两路频率相差较小的基频信号和两路频率相差较小的倍频信号，作为光频梳激励信号。
2)光信号第一次分裂
将两路频率相差较小的倍频信号分别通过马赫-曾德尔调制器通过载波抑制双边带调制，加载到信号光和本振光上，获得一次分裂的信号光和本振光，每路光上2个光梳齿。
3)光信号第二次分裂
将两路频率相差较小的基频信号分别通过马赫-曾德尔调制器通过载波抑制双边带调制，加载到信号光和本振光上，获得二次分裂的信号光和本振光，每路光上4个光梳齿。
进一步地，所述步骤(3)光信道提取包括：
1)信号光信道提取
选定需要测量的通道，调整光带通滤波器，使其中心频率与待测通道的信号光光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿。
2)本振光信道提取
调整光带通滤波器，使其中心频率与带测通道的本振光光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿。
进一步地，所述步骤(4)镜频抑制混频及采样包括：
1)镜频抑制混频
将经过信道提取的信号光与本振光注入90°光混频器，同时将光混频器的两路输出对应注入两个光电探测器，两个光电探测器解调出射频信号后经过90°电混频器实现镜频抑制混频，得到待测通道的中频信号。
2)数字采样
将中频信号输入模数转换模块，完成本次信道化采样。
本发明的有益效果在于
基于多级载波抑制双边带调制，能够精确产生偶数个光频梳梳齿，将信光信道化过程中的光能量利用率提高5倍以上，从而提升微波光子信道化接收机动态范围，解决基于双光频梳的微波光子信道化接收机动态范围不足的问题，为微波光子信道化接收技术实用化奠定基础。
附图说明
图1是本发明方法的处理流程图。
图2是信号光与本振光产生过程示意图。
图3是信号光频梳与本振光频梳产生过程示意图。
图4是光信道提取与镜频抑制混频过程示意图。
图5是信道化采集结果图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明具体包括四个步骤：(1)信号光与本振光产生；(2)信号光频梳与本振光频梳产生；(3)光信道提取；(4)镜频抑制混频及采样。
对各步骤详细解释如下：
如图2所示，所述步骤(1)中包括如下具体步骤：
1)两路相干光产生
高功率窄线宽激光器产生种子光，经过保偏耦合器功率均分成两路相干光。
2)信号及本振加载
两路相干光分别经过马赫-曾德尔调制器(MZM)，待测信号和本振信号(本振信号为4.7～15.7GHz，对应6～18GHz内划窗，中频为1.3～2.3GHz)通过载波抑制双边带调制分别加载到两路相干光上，形成两个携带待测信号和本振信号的光边带。
3)信号及本振光边带提取
两路相干光分别经过窄带光滤波器，滤掉低频光边带和基带光，通过高频光边带，最终得到信号光与本振光。
如图3所示，所述步骤(2)中包括如下具体步骤：
1)光频梳激励信号产生
两路频率相差较小的射频信号(19.5GHz和20GHz)，通过功率放大器放大后，经过功分器分出一部分信号，通过倍频器和功率放大器获得两路倍频信号，最终一共获得频率两路频率相差较小的基频信号(19.5GHz和20GHz)和两路频率相差较小的倍频信号(39GHz和40GHz)，作为光频梳激励信号。
2)光信号第一次分裂
将两路频率相差较小的倍频信号(39GHz和40GHz)分别通过马赫-曾德尔调制器(MZM)通过载波抑制双边带调制加载到信号光和本振光上，获得一次分裂的信号光和本振光(每路光上2个光梳齿)。
3)光信号第二次分裂
将两路频率相差较小的基频信号(19.5GHz和20GHz)分别通过马赫-曾德尔调制器(MZM)通过载波抑制双边带调制加载到信号光和本振光上，获得二次分裂的信号光和本振光(每路光上4个光梳齿)。
如图4所示，所述步骤(3)中包括如下具体步骤：
1)信号光信道提取
选定需要测量的通道，调整光带通滤波器(OBPF)，使其中心频率与待测通道的信号光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿。
2)本振光信道提取
调整光带通滤波器(OBPF)，使其中心频率与带侧通道的本振光光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿。
所述步骤(4)中包括如下具体步骤：
1)镜频抑制混频
将经过信道提取的信号光与本振光注入90°光混频器，同时将光混频器的两路输出注入两个光电探测器，光电探测器解调出射频信号后经过90°电混频器实现镜频抑制混频，得到待测通道的中频信号。
2)数字采样
将中频信号输入模数转换模块(ADC)，完成本次信道化采样。多通道采样结果如图5所示。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高微波光子信道化动态范围的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)信号光与本振光产生；
(2)信号光频梳与本振光频梳产生；
(3)光信道提取；
(4)镜频抑制混频及采样；
所述步骤(1)信号光与本振光产生包括：
1)两路相干光产生
高功率窄线宽激光器产生种子光，经过保偏耦合器功率均分成两路相干光；
2)信号及本振加载
两路相干光分别经过马赫-曾德尔调制器，待测信号和本振信号通过载波抑制双边带调制，分别加载到两路相干光上，形成两个携带待测信号和本振信号的光边带；
3)信号及本振光边带提取
两路相干光分别经过窄带光滤波器，滤掉低频光边带和基带光，通过高频光边带，最终得到信号光与本振光；
所述步骤(2)信号光频梳与本振光频梳产生包括：
1)光频梳激励信号产生
两路频率相差较小的射频信号，分别通过功率放大器放大后，经过功分器分出一部分信号，通过倍频器和功率放大器获得两路倍频信号，最终一共获得两路频率相差较小的基频信号和两路频率相差较小的倍频信号，作为光频梳激励信号；
2)光信号第一次分裂
将两路频率相差较小的倍频信号分别通过马赫-曾德尔调制器通过载波抑制双边带调制，加载到信号光和本振光上，获得一次分裂的信号光和本振光；
3)光信号第二次分裂
将两路频率相差较小的基频信号分别通过马赫-曾德尔调制器通过载波抑制双边带调制，加载到一次分裂后的信号光和本振光上，获得二次分裂的信号光和本振光。
2.根据权利要求1所述的一种提高微波光子信道化动态范围的方法，其特征在于：所述一次分裂的信号光和本振光，每路光上2个光梳齿。
3.根据权利要求1所述的一种提高微波光子信道化动态范围的方法，其特征在于：所述二次分裂的信号光和本振光，每路光上4个光梳齿。
4.根据权利要求1所述提高微波光子信道化动态范围的方法，其特征在于，所述步骤(3)光信道提取包括：
1)信号光信道提取
选定需要测量的通道，调整光带通滤波器，使其中心频率与待测通道的信号光光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿；
2)本振光信道提取
调整光带通滤波器，使其中心频率与待测通道的本振光光梳齿重合，通带完全覆盖光梳齿同时抑制掉其它光梳齿。
5.根据权利要求1所述提高微波光子信道化动态范围的方法，其特征在于：所述步骤(4)镜频抑制混频及采样包括：
1)镜频抑制混频
将经过信道提取的信号光与本振光注入90°光混频器，同时将光混频器的两路输出对应注入两个光电探测器，两个光电探测器解调出射频信号后经过90°电混频器实现镜频抑制混频，得到待测通道的中频信号;
2)数字采样
将中频信号输入模数转换模块，完成本次信道化采样。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107222263A (zh) * 2017-04-27 2017-09-29 南京航空航天大学 一种基于相干光频梳的微波光子收发信机
CN112104426A (zh) * 2019-06-17 2020-12-18 西安电子科技大学 一种基于偏振复用光频疏和集成相干接收机的微波光子信道化接收方法
CN113965272A (zh) * 2021-10-14 2022-01-21 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种微波光子信道化接收机线性化方法

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